JP2020119811A

JP2020119811A - 負極層

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Publication number: JP2020119811A
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Inventors: 有岐新井; Yuki Arai
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Publication date: 2020-08-06
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Abstract

【課題】本開示は、容量維持率が高い負極層を提供することを主目的とする。【解決手段】本開示においては、全固体電池に用いられる負極層であって、Ｓｉ系活物質、第一固体電解質、第一導電材および第一バインダーを含有し、空隙率が５％以上２０％以下である第一粒子群と、Ｓｉ系活物質を含有せず、第二固体電解質、第二導電材および第二バインダーを含有し、空隙率が５０％以上８０％以下である第二粒子群と、を含有し、上記第二粒子群に対する上記第一粒子群の重量比が、１．５以上９以下である、負極層を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】図２

Description

本開示は、全固体電池に用いられる負極層に関する。

全固体電池は、正極層および負極層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。

全固体電池の負極層に、Ｓｉ系活物質を用いることが知られている。例えば、特許文献１には、硫化物固体電解質と負極活物質とを有する全固体電池用の負極であって、負極活物質はＳｉ又はＳｎを含有する炭素材料を有する複合粒子であり、負極の空隙率が５％〜３０％である負極が開示されている。また、特許文献２には、固体電解質材料を圧粉成形してなる固体電解質層を有する全固体電池であって、固体電解質材料間の空隙に、アルゴンよりも高い耐電圧を有する絶縁材料が配置されている全固体電池が開示されている。

特開２０１７−０５４７２０号公報特開２０１２−０９４４３７号公報

Ｓｉ系活物質は理論容量が大きく、電池の高エネルギー密度化に有効である。その反面、Ｓｉ系活物質は、充放電時の体積変化が大きく、容量維持率が低い傾向にある。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、容量維持率が高い負極層を提供することを主目的とする。

本開示においては、全固体電池に用いられる負極層であって、Ｓｉ系活物質、第一固体電解質、第一導電材および第一バインダーを含有し、空隙率が５％以上２０％以下である第一粒子群と、Ｓｉ系活物質を含有せず、第二固体電解質、第二導電材および第二バインダーを含有し、空隙率が５０％以上８０％以下である第二粒子群と、を含有し、上記第二粒子群に対する上記第一粒子群の重量比が、１．５以上９以下である、負極層を提供する。

本開示によれば、Ｓｉ系活物質を含有し空隙率が相対的に低い第一粒子群と、Ｓｉ系活物質を含有せず空隙率が相対的に高い第二粒子群とを、所定の重量比で含有するため、容量維持率の高い負極層とすることができる。

本開示によれば、容量維持率が高い負極層を提供することができるという効果を奏する。

本開示における全固体電池の一例を示す概略断面図である。本開示における負極層の一例を示す概略断面図である。本開示における負極層の製造方法の一例を示す概略断面図である。本開示における実施例および比較例の結果である。

図１は、本開示における全固体電池の一例を示す概略断面図である。図１に示す全固体電池１０は、正極層１と、負極層２と、正極層１および負極層２の間に形成された固体電解質層３と、正極層１の集電を行う正極集電体４と、負極層２の集電を行う負極集電体５と、を有する。図２に示すように、本開示における負極層２は、第一粒子群２１と、第二粒子群２２とを含有する。第一粒子群２１は、Ｓｉ系活物質、第一固体電解質、第一導電材および第一バインダーを含有し、空隙率が相対的に低い。一方、第二粒子群２２は、Ｓｉ系活物質を含有せず、第二固体電解質、第二導電材および第二バインダーを含有し、空隙率が相対的に高い。さらに、本開示においては、第二粒子群２２に対する第一粒子群２１の重量比が所定の範囲内にある。

本開示によれば、Ｓｉ系活物質を含有し空隙率が相対的に低い第一粒子群と、Ｓｉ系活物質を含有せず空隙率が相対的に高い第二粒子群とを、所定の重量比で含有するため、容量維持率の高い負極層とすることができる。より具体的には、負極層が、第一粒子群および第二粒子群を含有することで、充電に伴うＳｉ系活物質の膨張（第一粒子群の膨張）を、空隙率が相対的に高い第二粒子群が吸収できる。これにより、Ｓｉ系活物質および固体電解質の界面接触が維持され、容量維持率が高くなる。

また、後述するように、本開示における負極層は、湿潤粉体成膜法により作製することが好ましい。湿潤粉体成膜法を用いることで、第一粒子群および第二粒子群が存在する負極層を得ることができる。一方、例えば、スラリー法を用いて負極層を作製した場合、第一粒子群および第二粒子群は、それぞれの形状を維持することができず、第一粒子群および第二粒子群が存在する負極層を得ることは難しい。言い換えると、本開示における負極層は、第一粒子群および第二粒子群が存在する不均一な構造を有することで、高い容量維持率が得られる。また、第二粒子群が、第二固体電解質および第二導電材を含有するため、イオン伝導性および電子伝導性が高い。そのため、第二粒子群は、空隙率が相対的に高いにも関わらず、イオン伝導性および電子伝導性が高く、抵抗を低くすることができる。

１．第一粒子群
第一粒子群は、Ｓｉ系活物質、第一固体電解質、第一導電材および第一バインダーを含有する。

（１）Ｓｉ系活物質
Ｓｉ系活物質は、Ｌｉと合金化可能な活物質であることが好ましい。Ｓｉ系活物質としては、例えば、Ｓｉ単体、Ｓｉ合金、Ｓｉ酸化物が挙げられる。Ｓｉ合金は、Ｓｉ元素を主成分として含有することが好ましい。Ｓｉ合金中のＳｉ元素の割合は、例えば５０ｍｏｌ％以上であり、７０ｍｏｌ％以上であってもよく、９０ｍｏｌ％以上であってもよい。Ｓｉ酸化物としては、例えばＳｉＯが挙げられる。

Ｓｉ系活物質の平均粒径（Ｄ_５０）は、例えば０．３μｍ以上であり、１μｍ以上であってもよい。一方、Ｓｉ系活物質の平均粒径（Ｄ_５０）は、例えば２０μｍ以下であり、１０μｍ以下であってもよい。なお、平均粒径（Ｄ_５０）は、例えばレーザー回折式粒度分布計、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定から算出できる。

（２）第一固体電解質
第一固体電解質は、負極層のイオン伝導性を向上させる。第一固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質等の無機固体電解質が挙げられ、中でも、硫化物固体電解質が好ましい。硫化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ元素、Ｘ元素（Ｘは、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの少なくとも一種である）、および、Ｓ元素を含有する固体電解質が挙げられる。また、硫化物固体電解質は、Ｏ元素およびハロゲン元素の少なくとも一方をさらに含有していてもよい。ハロゲン元素としては、例えば、Ｆ元素、Ｃｌ元素、Ｂｒ元素、Ｉ元素が挙げられる。

第一粒子群における第一固体電解質の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば２５重量部以上であり、３０重量部以上であってもよく、３５重量部以上であってもよく、４０重量部以上であってもよい。一方、第一粒子群における第一固体電解質の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば８５重量部以下であり、８０重量部以下であってもよく、７５重量部以下であってもよい。

（３）第一導電材
第一導電材は、負極層の電子伝導性を向上させる。第一導電材としては、例えば、炭素材料が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック（ＫＢ）等の粒子状炭素材料、炭素繊維、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）等の繊維状炭素材料が挙げられる。

第一粒子群における第一導電材の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば２重量部以上であり、３重量部以上であってもよく、４重量部以上であってもよい。一方、第一粒子群における第一導電材の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば１０重量部以下であり、９重量部以下であってもよく、８重量部以下であってもよい。

（４）第一バインダー
第一バインダーは、第一粒子群の形状保持性を向上させる。第一バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系バインダー、ゴム系バインダーが挙げられる。

第一粒子群における第一バインダーの割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば０．５重量部以上であり、１重量部以上であってもよい。一方、第一粒子群における第一バインダーの割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば５重量部以下であり、３重量部以下であってもよい。

（５）第一粒子群
第一粒子群の空隙率は、通常、５％以上であり、７％以上であってもよく、１０％以上であってもよい。一方、第一粒子群の空隙率は、通常、２０％以下である。空隙率の算出方法について、後述する実施例に記載する。

２．第二粒子群
第二粒子群は、Ｓｉ系活物質を含有せず、第二固体電解質、第二導電材および第二バインダーを含有する。Ｓｉ系活物質については、上記「１．第一粒子群」に記載した内容と同様である。

また、第二固体電解質、第二導電材および第二バインダーについても、上記「１．第一粒子群」に記載した内容（第一固体電解質、第一導電材および第一バインダー）と同様である。第二固体電解質は、第一固体電解質と組成が同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。また、第二導電材は、第一導電材と組成が同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。また、第二バインダーは、第一バインダーと組成が同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

第二粒子群における第二固体電解質の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば３重量部以上であり、５重量部以上であってもよく、７重量部以上であってもよい。一方、第二粒子群における第二固体電解質の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば４５重量部以下であり、４０重量部以下であってもよく、３５重量部以下であってもよい。また、負極層における第一固体電解質および第二固体電解質の合計割合は、負極層（具体的には第一粒子群）に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば、５０重量部以上１００重量部以下であり、６０重量部以上９０重量部以下であってもよい。また、第二固体電解質に対する第一固体電解質の重量比は、例えば、１．５以上９以下である。

第二粒子群における第二導電材の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば０．３重量部以上であり、０．５重量部以上であってもよく、０．７重量部以上であってもよい。一方、第二粒子群における第二導電材の割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば６重量部以下であり、５重量部以下であってもよく、４重量部以下であってもよい。また、負極層における第一導電材および第二導電材の合計割合は、負極層（具体的には第一粒子群）に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば、３重量部以上１２重量部以下であり、５重量部以上１０重量部以下であってもよい。また、第二導電材に対する第一導電材の重量比は、例えば、１．５以上９以下である。

第二粒子群における第二バインダーの割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば０．０１重量部以上であり、０．０２重量部以上であってもよい。一方、第二粒子群における第二バインダーの割合は、第一粒子群に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば２重量部以下であり、１重量部以下であってもよい。また、負極層における第一バインダーおよび第二バインダーの合計割合は、負極層（具体的には第一粒子群）に含まれるＳｉ系活物質を１００重量部とした場合に、例えば、０．５重量部以上５重量部以下であり、１重量部以上３重量部以下であってもよい。また、第二バインダーに対する第一バインダーの重量比は、例えば、１．５以上９以下である。

第二粒子群の空隙率は、通常、５０％以上であり、６０％以上であってもよい。一方、第二粒子群の空隙率は、通常、８０％以下である。空隙率の算出方法について、後述する実施例に記載する。

３．負極層
本開示における負極層は、第一粒子群および第二粒子群を含有する。第二粒子群に対する第一粒子群の重量比は、通常、１．５以上であり、２以上であってもよい。第一粒子群の重量比が小さすぎると、負極層に含まれるＳｉ系活物質の割合が少なくなり、エネルギー密度が低くなる可能性がある。一方、第二粒子群に対する第一粒子群の重量比は、通常、９以下であり、７以下であってもよい。第一粒子群の重量比が大きすぎると、第二粒子群の形状が維持されない可能性がある。

本開示における負極層は、第一粒子群および第二粒子群のみを含有していてもよく、他の材料をさらに含有していてもよい。後者の場合、負極層における第一粒子群および第二粒子群の合計の割合は、例えば８０重量％以上であり、９０重量％以上であってもよく、９５重量％以上であってもよい。また、負極層の厚さは、例えば、０．１μｍ以上、１０００μｍ以下である。

第一粒子群の作製方法は、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ系活物質、第一固体電解質、第一導電材、第一バインダーおよび溶媒を含有する第一組成物を混練する方法が挙げられる。溶媒としては、例えばｎ−酪酸ブチル、ヘプタンが挙げられる。なお、本開示における溶媒は、厳密な溶媒のみならず、分散媒も含まれる広義の意味である。第一組成物を混練する方法としては、例えば、複合化装置を用いる方法、造粒機を用いる方法が挙げられる。また、第一粒子群の空隙率は、例えば、原料組成（例えばバインダーの量）、第一組成物の固形分率、混練条件（混練強度、混練時間）により、調整することができる。なお、第一組成物の混練後、溶媒を除去するために乾燥を行うことが好ましい。

第二粒子群の作製方法は、特に限定されないが、例えば、第二固体電解質、第二導電材、第二バインダーおよび溶媒を含有する第二組成物を混練する方法が挙げられる。溶媒、混練方法、および、空隙率の調整方法については、第一粒子群の作製方法と同様である。

また、本開示における負極層の製造方法は、特に限定されないが、例えば、第一粒子群および第二粒子群をそれぞれ準備する準備工程と、上記第一粒子群および上記第二粒子群の混合粉体に溶媒を添加して造粒し、湿潤粉体を得る造粒工程と、上記湿潤粉体を隣り合う回転ロールの間に通し、負極集電体上に転写することにより、負極層を成膜する成膜工程と、を有する製造方法が挙げられる。この製造方法は、湿潤粉体成膜法（ＭＰＳ、Moisture Powder Sheeting）に該当する。

準備工程においては、第一粒子群および第二粒子群をそれぞれ準備する。これらは、自ら作製してもよく、他者から購入してもよい。

造粒工程においては、第一粒子群および第二粒子群の混合粉体に溶媒を添加して造粒し、湿潤粉体を得る。混合粉体は、第一粒子群および第二粒子群の形状が崩れないように、両者を軽く混合することにより作製することが好ましい。また、溶媒としては、上記と同様に、例えば、例えばｎ−酪酸ブチル、ヘプタンが挙げられる。湿潤粉体は、流動性を有しないことが好ましい。湿潤粉体の固形分率は、例えば７５重量％以上であり、８０重量％以上であってもよい。一方、湿潤粉体の固形分率は、例えば９５重量％以下であり、９０重量％以下であってもよい。

混合粉体を造粒する方法としては、例えば、プラネタリミキサー等の機械式の撹拌装置を用いる方法が挙げられる。撹拌速度は、例えば、３００ｒｐｍ以上、５０００ｒｐｍ以下である。また、撹拌回数は、１回であってもよく、２回以上であってもよい。

成膜工程においては、湿潤粉体を隣り合う回転ロールの間に通し、負極集電体上に転写することにより、負極層を成膜する。具体的には、図３に例示するように、容器４０に湿潤粉体２ａを充填し、湿潤粉体２ａを、回転ロール３０ａ、３０ｂの間に通し、成膜された湿潤粉体２ａを、回転ロール３０ｃから供給される負極集電体５に転写することにより、負極層２を成膜することが好ましい。なお、必要に応じて、溶媒を除去するために乾燥を行うことが好ましい。

４．全固体電池
本開示においては、正極層と、負極層と、上記正極層および上記負極層の間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池であって、上記負極層が、上述した負極層である全固体電池を提供することもできる。負極層については、上述した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。

正極層は、正極活物質を含有する層であり、固体電解質層、導電材およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。正極活物質としては、例えば、酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＶＯ_２、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉ_３／５Ｃｏ_１／５Ｍｎ_１／５Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２等の岩塩層状型活物質、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、Ｌｉ（Ｎｉ_０．５Ｍｎ_１．５）Ｏ_４等のスピネル型活物質、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４等のオリビン型活物質が挙げられる。また、正極活物質の表面には、Ｌｉイオン伝導性酸化物を含有するコート層が形成されていてもよい。正極層に用いられる、固体電解質層、導電材およびバインダーについては、上記「１．第一粒子群」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。

固体電解質層は、固体電解質を含有する層であり、バインダーをさらに含有していてもよい。固体電解質層に用いられる、固体電解質層およびバインダーについては、上記「１．第一粒子群」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。

全固体電池は、正極層の集電を行う正極集電体、および、負極層の集電地を行う負極集電体を有することが好ましい。これらの集電体の材料としては、例えば、ニッケル、ＳＵＳ、銅、カーボンが挙げられる。また、全固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。また、本開示における全固体電池は、全固体リチウムイオン電池であることが好ましい。

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。

実施例および比較例を示して、本開示をさらに具体的に説明する。後述する各操作は、基本的に、不活性ガス雰囲気下で行った。

［実施例１］
（第一粒子群および第二粒子群の作製）
負極活物質（Ｓｉ粒子）、硫化物固体電解質（Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５系）、導電材（ＶＧＣＦ−Ｈ）、バインダー（フッ素系バインダー）を用いて、第一粒子群および第二粒子群をそれぞれ準備した。第一粒子群および第二粒子群の組成は、第一粒子群および第二粒子群の重量比に基づいて調整した。ここで、第一粒子群および第二粒子群の重量比を、第一粒子群：第二粒子群＝Ａ：Ｂとした場合に、第一粒子群では、負極活物質：硫化物固体電解質：導電材：バインダー＝１００：７８（Ａ／（Ａ＋Ｂ））：８（Ａ／（Ａ＋Ｂ））：２（Ａ／（Ａ＋Ｂ））の重量比となるように、各材料を秤量した。一方、第二粒子群では、硫化物固体電解質：導電材：バインダー＝７８（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））：８（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））：２（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））の重量比となるように、各材料を秤量した。実施例１では、Ａ：Ｂ＝１．５：１（Ａ／Ｂ＝１．５）とした。

第一粒子群の各材料に溶媒（ｎ−酪酸ブチル）を加えて複合化装置（ノビルタ）を用いて混合し、乾燥することで、第一粒子群を得た。一方、第二粒子群の各材料に溶媒（ｎ−酪酸ブチル）を加えて造粒機を用いて混合し、乾燥することで、第二粒子群を得た。

（負極の作製）
第一粒子群および第二粒子群を軽く混合し、得られた混合粉体に対して、固形分率が８９重量％となるように溶媒（ｎ−酪酸ブチル）を添加して８００ｒｐｍで３０秒間の条件の撹拌を行い、湿潤粉体を造粒した。得られた湿潤粉体を、３本ロール成膜機を通して負極集電体（Ｃｕ箔）上に転写し、溶媒を乾燥した。これにより、負極集電体上に負極層が形成された負極を得た。

（正極の作製）
正極活物質（ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）、硫化物固体電解質（Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５系）、導電材（ＶＧＣＦ−Ｈ）、バインダー（フッ素系バインダー）を、溶媒（ｎ−酪酸ブチル）に添加し、超音波ホモジナイザーで混合し、正極スラリーを得た。得られた正極スラリーを、ダイコートにより正極集電体（Ａｌ箔）に塗工し、溶媒を乾燥した。これにより、正極集電体上に正極層が形成された正極を得た。

（評価用電池の作製）
正極および負極の間に、硫化物固体電解質（Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５系）の固体電解質層を配置し、プレスし、発電要素を得た。得られた発電要素をＡｌラミネートで封止して、評価用電池を得た。

［実施例２〜１０］
第二粒子群に対する第一粒子群の重量比（Ａ／Ｂ）、第一粒子群の空隙率、および、第二粒子群の空隙率を、表１に記載した内容に変更したこと以外は、実施例１と同様にして評価用電池を得た。

［比較例１］
実施例３と同様にして、第二粒子群に対する第一粒子群の重量比（Ａ／Ｂ）が１．５であり、第一粒子群の空隙率が２０％であり、第二粒子群の空隙率が５０％である混合粉体を得た。得られた混合粉体に対して、固形分率が４３重量％となるように溶媒（ｎ−酪酸ブチル）を添加して負極スラリーを得た。得られた負極スラリーを、ダイコートにより負極集電体（Ｃｕ箔）に塗工し、溶媒を乾燥した。これにより、負極集電体上に負極層が形成された負極を得た。得られた負極を用いたこと以外は、実施例１と同様にして評価用電池を得た。

［比較例２〜８］
第二粒子群に対する第一粒子群の重量比（Ａ／Ｂ）、第一粒子群の空隙率、および、第二粒子群の空隙率を、表１に記載した内容に変更したこと以外は、実施例１と同様にして評価用電池を得た。

［評価］
（空隙率）
粒子群の空隙率Ｚは、以下の式により算出した。なお、後述する表１では、第一粒子群の空隙率をＺ_Ａとし、第二粒子群の空隙率をＺ_Ｂとした。
空隙率Ｚ（％）＝（１−Ｘ／Ｙ）×１００
Ｘは、粒子群に含まれる各材料の重量を、各材料の真密度で除して得られる体積の合計であり、Ｙは、第一粒子群および第二粒子群の混合粉体の代わりに、第一粒子群または第二粒子群のみを用いたこと以外は同様に負極を形成した場合の体積である。

（第二粒子群の造粒可否）
第二粒子群の状態をＳＥＭで観察することにより判断した。

（抵抗測定）
実施例１〜１０および比較例１〜８で得られた評価用電池に対して、ＤＣＩＲ測定を行い、抵抗を求めた。測定は、２５℃において、ＳＯＣ(state of charge)４０％から４Ｃ放電を１０秒間行い、抵抗を求めた。

（容量維持率測定）
実施例１〜１０および比較例１〜８で得られた評価用電池に対して、充放電を５回繰り返し、１回目の放電容量に対する５回目の放電容量の割合を、容量維持率とした。

表１に示すように、実施例１〜１０では、いずれも容量維持率が９７％を超えており、サイクル特性が非常に高いことが確認された。さらに、実施例１〜１０では、いずれも抵抗が５０Ω以下となり、低いことが確認された。

これに対して、比較例１（スラリー法）では、容量維持率が低かった。その理由は、スラリーを作製した時点で、第一粒子群および第二粒子群が、それぞれの形状を維持できず、混ざってしまったためであると推測される。その結果、充電に伴うＳｉ系活物質の膨張によって、Ｓｉ系活物質および固体電解質の界面接触が崩れてしまい、容量維持率が低くなったと推測される。さらに、比較例１（スラリー法）では、抵抗が高かった。これは、スラリーを作製した時点で、Ｓｉ系活物質および固体電解質の界面接触が不十分であったためであると推測される。

また、比較例２、３、７では、容量維持率が低かった。その理由は、第二粒子群の空隙率Ｚ_Ｂが４５％と低く、充電に伴うＳｉ系活物質（第一粒子群）の膨張を、第二粒子群が十分に吸収できなかったためであると推測される。また、比較例６では、容量維持率が低く、抵抗も高かった。その理由は、第一粒子群の空隙率Ｚ_Ａが２５％と高く、第一粒子群においてＳｉ系活物質および固体電解質の界面接触が不十分であり、イオン伝導パスが確保されなかったためであると推測される。

一方、比較例４、５、８では、粒子群Ｂの造粒が確認されなかった。その理由は、第二粒子群の空隙率Ｚ_Ｂが８５％と大きく、形状を維持できない（粒として存在できない）であるためであると推測される。

これに対して、実施例１〜１０では、Ａ／Ｂの値、第一粒子群の空隙率Ｚ_Ａおよび第二粒子群の空隙率Ｚ_Ｂが所定の範囲にあることで、高い容量維持率を得ることができた。Ａ／Ｂの値と、第一粒子群の空隙率Ｚ_Ｂとの関係を図４に示す。図４に示すように、第二粒子群の空隙率Ｚ_Ｂが小さすぎると、容量維持率が低くなり、第二粒子群の空隙率Ｚ_Ｂが大きすぎると、第二粒子群の造粒が難しくなる傾向にあることが確認された。また、Ａ／Ｂの値が小さすぎると、電池のエネルギー密度が低くなる。

１ … 正極層
２ … 負極層
３ … 固体電解質層
４ … 正極集電体
５ … 負極集電体
１０ … 全固体電池

Claims

全固体電池に用いられる負極層であって、
Ｓｉ系活物質、第一固体電解質、第一導電材および第一バインダーを含有し、空隙率が５％以上２０％以下である第一粒子群と、
Ｓｉ系活物質を含有せず、第二固体電解質、第二導電材および第二バインダーを含有し、空隙率が５０％以上８０％以下である第二粒子群と、を含有し、
前記第二粒子群に対する前記第一粒子群の重量比が、１．５以上９以下である、負極層。